組成對SMA熱性能和熱分解行為的影響

黃秋芬 馮才敏 黃倩如 梁敏儀（順德職業技術學院應用化工技術系，廣東佛山，528333）

前言：

苯乙烯-馬來酸酐共聚物（SMA）是一類具有兩親結構的高分子材料，具有良好的耐熱性能[1]，廣泛應用于PC/ABS、PA/ABS之類的復合材料的增容劑[2-3]，作為粘膠劑的改性劑、地板拋光的乳化劑、紙張的表面施膠劑、水處理劑、環氧樹脂的固化劑等[4-5]。

材料在應用時， 本身的熱穩定性是很重要的一個方面，因此研究SMA 的組成對其熱穩定性性能降解行為對研究其使用范圍和成型加工具有重要意義。

之前課題組對SMA 樣品的熱降解動力學進行了相關的研究[6]；在此基礎上， 本論文選擇了不同組成的SMA 樣品，對它們進行了熱性能和熱降解性能的研究。

一、實驗

1.1、原料

苯乙烯-馬來酸酐共聚物（SMA），苯乙烯與馬來酸酐的比例分別為1∶1，2∶1和3∶1，編號分別為SMA1、SMA2 和SMA3， 由美國沙多瑪公司提供。

1.2、性能測試及表征

玻璃化轉變溫度測定： 樣品的玻璃化轉變溫度（Tg）在美國TA 公司的Q100 型差示掃描量熱儀上測定，氣氛為高純氮氣，流速為50ml/min。 熱分解行為測定：熱重分析（TG）在美國TA 公司的Q500 型熱重分析儀上進行， 升溫速率分別為5、10、15 和20K/min， 測試溫度范圍為50～800℃，N2 的流量為40ml/min，每次實驗稱取SMA 樣品約5mg。

二、結果與討論

2.1、SMA的DSC分析

圖1 是SMA 樣品的DSC 曲線，樣品的玻璃化轉變溫度列在圖中相應的位置。從圖中可以看出，SMA 樣品均有明顯的玻璃化轉變； 隨著SMA 樣品中St 比例的增加，SMA 樣品的玻璃化轉變溫度逐漸下降；當St∶MAH 的比例為1∶1 時，玻璃化轉變溫度達到最大值，為154.4℃。 原因是MAH 是極性基團，隨著St 比例的增加，SMA 樣品的極性下降；雖然St 具有體積大的苯基，有明顯的位阻作用， 但MAH 的極性對玻璃化轉變的影響比St 的位阻效應更明顯。

2.2、SMA的TGA分析

圖2 是SMA 樣品的TGA 測試曲線， 表1 是由該TGA 曲線獲得的相關數據。 從圖2 可以看出，隨著SMA 中苯乙烯比例的增加，SMA 樣品的初始降解溫度提高，T1%的溫度分別為181.0、190.7 和238.3℃；T50%和Tp 的溫度也隨著增加， 可見苯乙烯含量的增加可以改善SMA 的初始熱降解穩定性， 提高其耐熱性能，這與苯乙烯的苯環結構有關。同時，可以看出，SMA 中苯乙烯含量增加，樣品的殘余量反而下降，說明，馬來酸酐中的氧對穩定殘炭有較為明顯的作用。

2.3、SMA的熱降解動力學分析

Kissinger 法是研究材料熱降解動力學的常用方法之一[7-8]，通常根據多條DTG 曲線的峰值溫度TP 和測試時的升溫速率β 之間的關系求解動力學參數。 Kissinger 表達式為：

注：β 升溫速率；TP 峰值溫度；A 為頻率因子；E 為活化能；R為理想氣體常數。

利用（1）式中lg[β/TP2]對1/TP 作圖，即可得到一直線，斜率和截距分別為-E/2.303R 和lg[AR/E]可求出E 和A 值。

圖3 是以lg[β/TP2]對1/TP 所作的圖，表2 是根據圖4 計算得到的結果。 由表3 可以看出可知，隨著SMA 中苯乙烯含量的增加， 活化能從143.1 下降到136.2 和127.3 KJ·mol-1。 由此可見，苯乙烯含量增加。 SMA 樣品的總體耐熱性能下降。

三、結論

1）隨著SMA 樣品中，苯乙烯含量的增加，樣品的玻璃化轉變溫度下降；

2）SMA 樣品中苯乙烯能改善樣品的初始分解溫度， 但是不能促進成炭；

表1 SMA 的TGA 分析結果

表2 材料的Kissinger 動力學結果

3）SMA 樣品的熱降解活化能隨著苯乙烯含量的增加而略有下降。

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